« Bienvenue au temple de la nouvelle physique » : s'il fallait graver l'esprit des lieux au fronton des monuments, c'est par cette phrase que le visiteur du Cern devrait être accueilli. Certes, ici, près de Genève, il n'y a pas de clocher qui s'élance vers le ciel mais trois circuits fermés de plusieurs kilomètres de diamètre, chacun baptisé d'un nom de code : PS, SPS, et le futur LHC (voir lexique), qui commencera à ramper sous terre dès l'été 2007 à la place de l'anneau du LEP (voir lexique) récemment démantelé. Pour l'heure, c'est un chantier de 27 km de long où s'affairent grues et machines-outils…

C'est au lendemain de la Seconde Guerre mondiale que les premières pierres de ce temple moderne ont été posées. À Hiroshima, l'atome avait fait une triste démonstration de force. D'où l'idée de son utilisation pacifique et scientifique. Les Américains ont alors une longueur d'avance, puisque outre Atlantique, fonctionnent déjà deux accélérateurs de particules à l'Université de Berkeley et au laboratoire de Brookhaven près de New York. En septembre 1954, après quelques années d'âpres discussions, douze pays européens¹ se lancent enfin dans l'aventure scientifique : le Centre européen pour la Recherche nucléaire, qui deviendra le Laboratoire européen pour la physique des particules, voit le jour près de Genève. « Dès le début des années 1970, l'institution européenne a relevé avec brio le défi de la “Big Science” : en concurrence avec les États-Unis, souvent en étroite compétition, parfois même en avance sur les découvertes américaines », précise Alain Blondel, directeur de recherche au CNRS, détaché à l'Université de Genève. En quelques décennies, ont été raflés deux prix Nobel et une foule de résultats de première importance. En vrac : la découverte des courants neutres (1973), celle des bosons² W et Z, qui a valu le prix Nobel de physique 1984 à Carlo Rubbia et Simon Van Meer, puis dès le démarrage du LEP, la preuve que la nature n'admet que trois types de neutrinos. Enfin en 1993, c'est le prix Nobel de Georges Charpak pour la chambre à fil, un des premiers détecteurs qui permet de distinguer la nature de chaque particule… En 1994, les physiciens du Cern prédisent la masse que devrait avoir le quark top, un des constituants ultimes de la matière. Un résultat très important même si la découverte se fera plus tard aux États-Unis…

 

Aujourd'hui, le « coude à coude » est loin d'être terminé : la compétition entre les équipes européennes et américaines est repartie de plus belle pour la quête d'une nouvelle physique dont le but est de répondre aux interrogations les plus fondamentales : Comment est né l'Univers ? Pourquoi sommes-nous faits de matière ? Pourquoi les particules ont-elles une masse ?  Le creuset de cette science de demain s'appelle le LHC. Deux des expériences qui s'y dérouleront – CMS et Atlas – sont principalement consacrées à la recherche du boson de Higgs, ce Graal des physiciens : sa détection permettra de comprendre comment les particules de la nature ont acquis une masse. « Les deux expériences proposent des approches différentes pour la détection du boson, explique Daniel Fournier, directeur de recherche au CNRS, au Laboratoire de l'Accélération linéaire (LAL) à Orsay. En particulier, CMS utilise un calorimètre à scintillation, tandis qu'Atlas fonctionne avec un calorimètre à ionisation ». L'autre grande question restée sans réponse depuis le milieu du XX^ème  siècle concerne l'antimatière. Chaque particule élémentaire a son double d'antimatière, doté de même masse mais d'une charge électrique contraire. Or, les physiciens ne parviennent

toujours pas à expliquer où est passé ce double de la matière et pourquoi nous ne sommes pas constitués d'antimatière ? « Une différence de comportement entre les particules et les antiparticules a été observée dès 1964, mais son origine est toujours mystérieuse. L'objectif de l'expérience LHCb est de comprendre cette différence » précise Renaud Le Gac du Centre de Physique des particules de Marseille³… Enfin, une autre grande quête du LHC sera la mise en évidence d'un nouvel état de la matière. L'expérience Alice utilisera la collision entre deux noyaux de plomb. Les débris de ce choc seront tudiés et analysés. « Ainsi, nous espérons obtenir un nouvel état de la matière, un plasma de quarks et de gluons dans lequel ces derniers évolueront librement à l'intérieur du plasma », explique Hervé Borel, du CEA. L'étude de cet état qui a sans doute existé u tout début de l'Univers permet de mieux comprendre la nature de la force qui assure la cohésion du noyau de l'atome. En attendant, techniciens et chercheurs croisent les doigts pour qu'aucun retard n'affecte le chantier…

 

Azar Khalatbari

 

Lexique

 

PS : synchrotron à protons

SPS : supersynchrotron à protons

LEP : grand collisionneur électrons positons (Large Electron Positron Collider)

LHC : grand collisionneur à hadrons (Large Hadron Collider)

CMS : Compact Muon Solenoïd

Atlas : A Toroïdal LHC Appartus

Alice : A Large In Collider Experiment

LHCb : the Large Hadron Collider Beauty experiment